3D打印多孔鈦合金Cage與聚醚醚酮Cage在PLIF中的療效差異

周獻(xiàn)偉 于洋 劉玉峰 張曉輝 張文明 宋健 閆翔

河南省洛陽正骨醫(yī)院（河南省骨科醫(yī)院）骨科，洛陽 471002

臨床上對(duì)于腰椎間盤突出癥、腰椎滑脫癥以及腰椎管狹窄癥等腰椎退行性病變，多采用后路腰椎椎間融合術(shù)（posterior lumbar interbody fusion，PLIF）進(jìn)行治療［1-2］。椎間融合器能夠維持正常的椎間隙高度與促進(jìn)植骨融合，被廣泛應(yīng)用于PLIF中［3-4］。聚醚醚酮（polyether ether ketone，PEEK）Cage的彈性模量與人體皮質(zhì)骨相近，可以減輕應(yīng)力屏蔽效應(yīng)，但存在抗菌活性與原生骨組織融合性差等問題，容易導(dǎo)致椎體融合緩慢和出現(xiàn)術(shù)后感染［5］。有研究表明，3D打印多孔鈦合金椎間融合器（3D printed porous titanium alloy interbody fusion cage，3D Cage）抗沉降性的能力較好，能夠降低椎體坍塌風(fēng)險(xiǎn)，有望解決PEEK Cage存在的問題［6］。目前，3D Cage已經(jīng)在頸椎手術(shù)中得到較多應(yīng)用［7-8］，但在腰椎方面的報(bào)道較少。本研究通過76例在PLIF中使用不同Cage患者的比較，探討3D Cage與PEEK Cage在PLIF中的療效差異。

資料與方法

1.一般資料

選取2021年2月至2022年2月在河南省洛陽正骨醫(yī)院76例行PLIF的患者作為研究對(duì)象，根據(jù)使用不同的椎間融合器分為觀察組和對(duì)照組各38例。其中觀察組男性20例，女性18例，年齡27～76（45.67±9.69）歲，病程范圍7個(gè)月～4年，病程（2.18±1.12）年。對(duì)照組男性19例，女性19例，年齡26～74（45.48±10.13）歲，病程范圍6個(gè)月～5年，病程（2.16±1.08）年。兩組一般資料比較，差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＞0.05），具有可比性。本研究在醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)批準(zhǔn)（倫理審查單號(hào)ky210318）同意下進(jìn)行，且患者及其家屬均已簽署本研究相關(guān)的知情同意書。納入標(biāo)準(zhǔn)：（1）身體基本條件滿足手術(shù)要求者；（2）經(jīng)影像學(xué)檢查確診為腰椎退行性病變、腰椎滑脫、腰椎不穩(wěn)及腰椎管狹窄等需要進(jìn)行PLIF者；（3）既往無腰椎手術(shù)史者；（4）對(duì)相關(guān)植入物無過敏反應(yīng)者。排除標(biāo)準(zhǔn)：（1）合并存在脊柱惡性腫瘤者；（2）合并存在骨質(zhì)疏松者；（3）存在精神功能障礙，不能獨(dú)立參與本研究者；（4）存在肝腎等重要器官功能不全者。

2.植入材料選擇

根據(jù)患者術(shù)前影像學(xué)檢查結(jié)果，采用3DXpert軟件（美國(guó)Oqton公司）設(shè)計(jì)重建椎體需要3D Cage的三維模型。將模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入金屬燒結(jié)3D打印機(jī)（型號(hào)：iSLM280，蘇州中瑞智創(chuàng)三維科技股份有限公司），加入鈦合金粉末（北京愛康宜誠(chéng)醫(yī)療器材有限公司）打印與患者椎間隙解剖結(jié)構(gòu)相符合的多孔鈦合金Cage。PEEK Cage（上海三友醫(yī)療器械股份有限公司），同種異體骨塊（南京屹特博醫(yī)學(xué)科技發(fā)展有限公司），椎弓根螺釘（重慶富沃思醫(yī)療器械有限公司），鈦棒（廣州市華創(chuàng)醫(yī)療器械有限公司）。

3.手術(shù)方法

兩組患者均在氣管插管全麻后取俯臥位，胸腹部墊空。利用C形X線機(jī)透視明確出現(xiàn)病變的椎體節(jié)段，進(jìn)行常規(guī)消毒鋪巾。在病變椎間隙取部位取正中切口，逐層切開皮膚與皮下組織并予以電凝止血，通過電刀切開筋膜層，由棘突向兩側(cè)仔細(xì)剝離兩側(cè)豎脊肌，直至小關(guān)節(jié)邊緣；使用椎板牽開器將豎脊肌向兩側(cè)拉開，充分暴露上、下椎體關(guān)節(jié)突以及椎板，在上、下椎體的椎弓根部位以“人字嵴”為進(jìn)釘點(diǎn)分別植入椎弓根螺釘；以C形X線機(jī)再次透視確認(rèn)螺釘位置準(zhǔn)確后，采用椎板鉗咬除上位椎板的下半部分以及下位椎板的上半部分進(jìn)行減壓。對(duì)待融合的椎間隙進(jìn)行探查，使用尖刀切除增厚的黃韌帶，對(duì)椎板與硬膜粘連部分進(jìn)行分離，充分顯露硬膜及神經(jīng)根。使用神經(jīng)拉鉤與神經(jīng)剝離子保護(hù)椎間隙一側(cè)神經(jīng)根及硬膜囊，尖刀切開纖維環(huán)，使用髓核鉗取出髓核組織，用鉸刀、銼刀和刮匙清除椎間盤至上下椎體兩側(cè)骨性終板，利用生理鹽水充分沖洗椎間隙。在椎間隙內(nèi)植入同種異體骨塊和術(shù)中切除的部分自體碎骨塊后，對(duì)觀察組患者植入貼合度和松緊度合適的3D Cage，對(duì)照組患者植入貼合度和松緊度合適的PEEK Cage。確認(rèn)神經(jīng)根和硬膜囊無明顯受壓后安裝合適的鈦棒，并加壓鎖定鈦棒系統(tǒng)。透視確認(rèn)鈦棒系統(tǒng)位置準(zhǔn)確后，用生理鹽水沖洗術(shù)腔，常規(guī)留置引流管后逐層縫合切口，觀察組和對(duì)照組的手術(shù)均由同一組醫(yī)師完成。

4.觀察指標(biāo)

（1）比較兩組的手術(shù)指標(biāo)，包括手術(shù)時(shí)間、住院時(shí)間、術(shù)中出血量以及術(shù)后引流量。

（2）通過門診復(fù)查或電話等方法，對(duì)兩組患者進(jìn)行隨訪，截止時(shí)間為2023年2月。比較兩組術(shù)后3個(gè)月、6個(gè)月以及1年的椎間隙高度與椎間融合度。①椎間隙高度：根據(jù)腰椎側(cè)位X線片測(cè)量融合椎體前緣與椎體后緣高度，椎間隙高度等于椎體前緣高度與椎體后緣高度之和除以2；②椎間融合度：采用Brantigan-Steffee-Fraser分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)［9］結(jié)合椎間計(jì)算機(jī)斷層掃描（computed tomography，CT）影像判斷椎間融合度，Ⅰ級(jí)：CT示出現(xiàn)內(nèi)固定松動(dòng)、Cage值骨吸收以及椎體出現(xiàn)囊性病變與透光等；Ⅱ級(jí)：CT示Cage內(nèi)出現(xiàn)連接上下終板的骨小梁，但在Cage內(nèi)有完全橫斷的透亮帶；Ⅲ級(jí)：CT示Cage內(nèi)或Cage外出現(xiàn)完全連續(xù)的，連接上下終板的骨小梁。

（3）根據(jù)視覺模擬評(píng)分法（Visual Analogue Scale，VAS）［10］對(duì)兩組患者術(shù)后12 h與48 h的疼痛情況進(jìn)行評(píng)分，分值為0～10分，分值越低表示患者疼痛越輕。

（4）根據(jù)隨訪結(jié)果，采用Oswestry功能障礙指數(shù)（Oswestry Disability Index，ODI）［11］對(duì)兩組患者術(shù)后3個(gè)月、6個(gè)月以及1年臨床療效進(jìn)行評(píng)價(jià)，共有10項(xiàng)內(nèi)容，包括日常生活自理能力、行走、坐、站立、腰背疼痛程度、提重物能力、性生活、睡眠品質(zhì)、旅行和社會(huì)活動(dòng)。每項(xiàng)內(nèi)容評(píng)分為0～5分，0分為完全不痛，5分為嚴(yán)重疼痛或失能，總分為50分，分值越低代表功能越好。

5.統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

以SPSS 19.0軟件對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，服從正態(tài)分布的計(jì)量資料以（）表示，組間比較使用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)；計(jì)數(shù)資料用百分比表示，使用χ2檢驗(yàn)，等級(jí)資料組間比較采用秩和檢驗(yàn)，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié)果

1.兩組行PLIF患者的手術(shù)指標(biāo)與VAS評(píng)分比較

觀察組患者腰椎退行性病變8例，腰椎滑脫12例，腰椎不穩(wěn)7例及腰椎管狹窄11例；對(duì)照組患者腰椎退行性病變7例，腰椎滑脫11例，腰椎不穩(wěn)8例及腰椎管狹窄12例。兩組的手術(shù)時(shí)間、住院時(shí)間、術(shù)中出血量以及術(shù)后引流量相比較差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＞0.05），觀察組術(shù)后12 h與48 h的VAS評(píng)分均低于對(duì)照組（均P＜0.05），見表1。

表1 兩組行PLIF患者的手術(shù)指標(biāo)與VAS評(píng)分比較（）

表1 兩組行PLIF患者的手術(shù)指標(biāo)與VAS評(píng)分比較（）

注：觀察組行PLIF并使用3D打印多孔鈦合金Cage，對(duì)照組行PLIF并使用聚醚醚酮 Cage；PLIF為后路腰椎椎間融合術(shù)，VAS為視覺模擬評(píng)分法

術(shù)后48 h 4.23±1.12 5.06±1.21 3.013 0.003組別觀察組對(duì)照組t值P值例數(shù)38 38手術(shù)時(shí)間（min）123.26±23.62 124.18±23.43 0.171 0.865住院時(shí)間（d）13.78±1.42 14.16±1.37 1.187 0.239術(shù)中出血量（ml）316.64±26.79 321.36±27.63 0.756 0.452術(shù)后引流量（ml）342.21±33.72 346.38±34.17 0.536 0.594 VAS評(píng)分（分）術(shù)后12 h 5.18±1.24 5.87±1.36 2.311 0.024

2.兩組行PLIF患者的ODI評(píng)分與椎間隙高度比較

觀察組術(shù)后3個(gè)月、6個(gè)月以及1年的ODI評(píng)分與椎間隙高度均優(yōu)于對(duì)照組（均P＜0.05），見表2。

表2 兩組行PLIF患者術(shù)后不同時(shí)間的ODI評(píng)分與椎間隙高度比較（）

表2 兩組行PLIF患者術(shù)后不同時(shí)間的ODI評(píng)分與椎間隙高度比較（）

注：觀察組行PLIF并使用3D打印多孔鈦合金Cage，對(duì)照組行PLIF并使用聚醚醚酮 Cage；PLIF為后路腰椎椎間融合術(shù)，ODI為Oswestry功能障礙指數(shù)

ODI評(píng)分（分）椎間隙高度（mm）組別觀察組對(duì)照組t值P值例數(shù)38 38術(shù)后1年12.21±0.62 11.74±0.77 2.931 0.005術(shù)后3個(gè)月24.62±6.34 28.86±7.21 2.722 0.008術(shù)后6個(gè)月16.33±4.28 19.66±5.87 2.826 0.006術(shù)后1年13.69±3.27 15.82±3.66 2.675 0.009術(shù)后3個(gè)月13.36±0.93 12.78±1.21 2.343 0.022術(shù)后6個(gè)月12.98±0.87 12.33±0.94 3.128 0.003

3.兩組行PLIF患者的椎間融合度比較

觀察組術(shù)后3個(gè)月、6個(gè)月以及1年的椎間融合度均優(yōu)于對(duì)照組（均P＜0.05），見表3。

表3 兩組行PLIF患者術(shù)后不同時(shí)間的椎間融合度比較[例（%）]

4.兩組行PLIF患者的術(shù)后隨訪影像學(xué)結(jié)果

隨訪期間CT結(jié)果顯示，觀察組患者腰椎序列規(guī)整，3D Cage在位并與上下終板貼合較好，術(shù)后3個(gè)月正側(cè)位X線片顯示椎間融合良好。對(duì)照組患者PEEK Cage在位并與上下終板貼合較好，術(shù)后3個(gè)月正側(cè)位X線片顯示椎間融合良好。

討論

PLIF主要是通過植入Cage重建椎體序列，達(dá)到維持椎體穩(wěn)定的目的，不同材質(zhì)的Cage會(huì)在一定程度上影響手術(shù)的臨床效果和安全性［12-13］。李艷華等［14］在報(bào)道中指出，植入生物活性物質(zhì)的PEEK Cage較自體骨移植與植入鈦Cage具有更高的椎間融合率，且術(shù)后并發(fā)癥少，但仍然存在下沉或Cage移位等問題。朱超等［15］研究表明，由于獨(dú)特的微米級(jí)孔徑，再加上60%～90%的多孔隙結(jié)構(gòu)，3D Cage的彈性模量與椎體的骨質(zhì)相似，能夠減少局部應(yīng)力，在臨床應(yīng)用中取得了較好的治療效果。

Cage的高度選擇是影響PLIF療效的關(guān)鍵因素，高度不足容易發(fā)生移位和融合失敗，不能有效恢復(fù)腰椎前凸，維持椎間隙高度；Cage高度較大時(shí)，會(huì)增加椎間壓力，提高Cage沉降的風(fēng)險(xiǎn)［16］。本研究結(jié)果顯示，兩組的手術(shù)指標(biāo)結(jié)果相似，但觀察組在術(shù)后3個(gè)月、術(shù)后6個(gè)月以及術(shù)后1年的椎間隙高度均優(yōu)于對(duì)照組。3D Cage是根據(jù)患者椎體CT掃描結(jié)果進(jìn)行三維建模打印，Cage高度與患者椎間隙解剖高度誤差較小，能夠有效恢復(fù)原有椎間隙高度。有研究發(fā)現(xiàn)，為了匹配與原有椎間隙高度合適的PEEK Cage，需要在術(shù)中進(jìn)行多次嘗試［17］；PEEK Cage的鋸齒結(jié)構(gòu)容易損傷椎體終板，導(dǎo)致PEEK Cage因缺乏足夠皮質(zhì)骨支撐而出現(xiàn)下陷，進(jìn)而導(dǎo)致椎間隙高度不足。3D Cage表面的粗糙設(shè)計(jì)能夠增加摩擦力而降低移位的風(fēng)險(xiǎn)，有效避免因PEEK Cage鋸齒結(jié)構(gòu)帶來的弊端。本研究結(jié)果顯示，觀察組在術(shù)后3個(gè)月、術(shù)后6個(gè)月以及術(shù)后1年的椎間融合度均優(yōu)于對(duì)照組。PEEK Cage具有表面光滑、生物惰性高以及親水性差等性質(zhì)，不利于成骨細(xì)胞的黏附與增殖，阻礙了PEEK Cage與周圍骨組織的骨融合長(zhǎng)入［18］。鈦合金表面具有誘導(dǎo)骨細(xì)胞生長(zhǎng)的生物活性，纖連蛋白與人骨唾液酸糖蛋白等進(jìn)細(xì)胞外基質(zhì)蛋白更容易結(jié)合在鈦合金表面自發(fā)形成的表面氧化層，能夠提高成骨細(xì)胞在鈦合金材料表面的黏附與增殖能力［19］。3D Cage的鈦合金材質(zhì)、多孔隙結(jié)構(gòu)以及粗糙表面，更有利于成骨細(xì)胞進(jìn)行黏附與增殖，能夠加快椎體融合的速度［20］。本研究結(jié)果顯示，觀察組的術(shù)后VAS評(píng)分與隨訪期間的ODI評(píng)分均優(yōu)于對(duì)照組，提示在PLIF中采用3D Cage對(duì)疼痛管理的效果要優(yōu)于PEEK Cage，且3D Cage患者在術(shù)后1年內(nèi)功能障礙的恢復(fù)的效果更佳。

綜上所述，兩種椎間融合器在PLIF中的手術(shù)指標(biāo)和術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生情況方面無明顯差異，但3D Cage能夠減輕術(shù)后疼痛，更好恢復(fù)椎間隙高度以及加速椎間融合，且功能障礙情況恢復(fù)良好。本研究納入病例樣本量較小，3D打印在人為操作過程中的主觀性可能導(dǎo)致研究結(jié)果出現(xiàn)偏倚。此外，無法完全排除3D Cage中的金屬偽影對(duì)CT檢查結(jié)果造成的干擾，且對(duì)患者術(shù)后的隨訪時(shí)間較短，未來仍需進(jìn)一步研究。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突

作者貢獻(xiàn)聲明周獻(xiàn)偉：醞釀和設(shè)計(jì)試驗(yàn)，實(shí)施研究，采集數(shù)據(jù)，分析/解釋數(shù)據(jù)，起草文章，對(duì)文章的知識(shí)性內(nèi)容作批評(píng)性審閱，獲取研究經(jīng)費(fèi)，行政、技術(shù)或材料支持，指導(dǎo)，支持性貢獻(xiàn)；于洋：醞釀和設(shè)計(jì)試驗(yàn)，實(shí)施研究，采集數(shù)據(jù)，起草文章，統(tǒng)計(jì)分析；劉玉峰：醞釀和設(shè)計(jì)試驗(yàn)，實(shí)施研究，采集數(shù)據(jù)，分析/解釋數(shù)據(jù)，起草文章，統(tǒng)計(jì)分析，獲取研究經(jīng)費(fèi)；張曉輝：分析/解釋數(shù)據(jù)，對(duì)文章的知識(shí)性內(nèi)容作批評(píng)性審閱，指導(dǎo)；張文明：分析/解釋數(shù)據(jù)，對(duì)文章的知識(shí)性內(nèi)容作批評(píng)性審閱，獲取研究經(jīng)費(fèi)，指導(dǎo)；宋?。翰杉瘮?shù)據(jù)，起草文章，支持性貢獻(xiàn)；閆翔：分析/解釋數(shù)據(jù)，對(duì)文章的知識(shí)性內(nèi)容作批評(píng)性審閱，支持性貢獻(xiàn)